基于无线网络的气象数据监测装置的制作方法

本实用新型涉及气象数据监测技术领域，尤其是涉及一种具有自动化监测气象数据，提高底面监测资料的可靠性，消除人工监测误差的基于无线网络的气象数据监测装置。

背景技术：

近年来随着无线网络通信技术的快速发展，气象部门正在积极建设基于无线网络通信的自动气象站实时监测装置。与传统的自动气象站相比，无线网络通信自动气象站实时监测装置具有安装使用方便、高速传输、节省出差费用、数据在线分析等优点。气象数据是国家重要的基础性、公益性科学数据资源，不仅在天气预报、气候预测、气候变化等气象业务和科研活动中发挥着重要作用，同时也是国家宏观决策、经济建设、科技创新和公众生活的重要参考信息，以往传统的完全靠人工操作的气象数据监测已经不适于现代气象监测的需要。气象监测急需引入先进的、具有自动采集、处理、存储、无线传输气象数据和监控界面显示等功能的自动气象站，使地面气象监测工作实现自动化，提高地面监测资料的可靠性，消除由于人工监测引起的误差，从根本上提高我国气象数据监测的总体水平。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的是为了克服现有技术中自动化程度不高、地面监测资料的可靠性不高和人工监测误差较大的不足，提供了一种具有自动化监测气象数据，提高底面监测资料的可靠性，消除人工监测误差的基于无线网络的气象数据监测装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于无线网络的气象数据监测装置，包括气象站仪表，与气象站仪表电连接的主控制电路板，与主控制电路板电连接的天线和与主控制电路板电连接的电源；主控制电路板包括电源模块、无线网络通信模块、电平转换模块和主控制器模块；电源模块、无线网络通信模块和电平转换模块分别与主控制器模块电连接。

本实用新型是一种基于无线网络的气象数据监测装置，主要用于测量荒岛、无人区等电力设施未铺设或铺设不便的地区的气象数据进行研究。本设计选用的是AIRMAR公司生产的型号为150WX的超声波气象站仪表，其内部包含多种传感器可以测量风速、风向、气温、气压、相对湿度等基本气象参数，同时内部还放置GPS，可以对气象站仪表本身进行定位。无线网络通信模块的天线，用于发射数据信号。主控制电路板主要目的是采集气象数据信息并通过无线网络通信模块进行发射。

作为优选，主控制器模块包括控制器，外部晶振X1和复位电路；控制器为MSP430芯片，外部晶振X1的一端与MSP430芯片的XIN引脚电连接，外部晶振的另一端与MSP430芯片的XOUT引脚电连接；复位电路包括电阻R1和电容C1，电阻R1的一端与电源模块电连接，电阻R1的另一端分别与MSP430芯片的RST/NMI引脚和电容C1的正极电连接，电容C1的负极接地。

作为优选，主控制器模块还包括程序下载端口JTAG，电容C2,电容C3，电容C4，电容C5和电容C6；JTAG的TDO/TDI引脚、TDI/VPP引脚、TMS引脚和TCK引脚分别与MSP430芯片对应的TDO/TDI引脚、TDI/VPP引脚、TMS引脚和TCK引脚电连接；电容C2,电容C3，电容C4，电容C5和电容C6分别与控制器电连接。

主控制器模块是整个装置的核心，控制整个装置的运行。整个模块的供电由电源模块产生的3.3V直流电供电。MSP430为TI公司生产的超低功耗核心控制器，其在供电电压为2.2V，工作频率1MHz的工作状态，电路电流的消耗仅为365uA。控制器中的U1_TXD、U1_RXD、SIMPWR、SIMRST四个端口与无线网络通信模块进行连接，控制信号的发射。U2_TXD、U2_RXD两个端口与电平转换模块连接，通过电平转换模块与气象站仪表进行通信，获取气象数据。

作为优选，电源模块包括电压转换芯片ICP1、电压转换芯片ICP2、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容CP4、电容CP5和电容CP6；电容CP1和电容CP2的正极均与电压转换芯片ICP1的IN引脚电连接，电容CP1和电容CP2的负极均接地，电容CP3和电容CP4的正极均与电压转换芯片ICP1的OUT引脚电连接，电容CP3和电容CP4的负极均接地；电容CP5的正极与电压转换芯片ICP2的INPUT引脚电连接，电容CP5的负极接地，电容CP6的正极与电压转换芯片ICP2的OUTPUT引脚电连接，电容CP6的负极接地。

电源模块为整个装置提供电源。电压转换芯片ICP1为LM1117-3.3型号的芯片，电压转换芯片ICP2为LM2940-5.0型号的芯片。LM1117-3.3可以将4.75V～15V的电源转换为3.3V直流电源为主控制器模块和指示灯显示电路供电；LM2940-5.0最大输入电压可以达到26V，可以将大于5V的电压稳定在5V，为无线网络通信模块中的CDMA-100和电平转换模块中的MAX232EPE供电。电容CP1和电容CP3并联在电源两端的目的是去掉电源中的高频杂波，电容CP2、CP4、CP5和CP6并联在电源两端的目的是去掉电源中的低频波动，使输出电压更稳定。

作为优选，无线网络通信模块包括通信芯片、指示灯显示电路和射频天线接口SMA_RF；射频天线接口SMA_RF与通信芯片电连接。

作为优选，指示灯显示电路包括发光二极管D1、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；发光二极管D1的正极与电源模块电连接，发光二极管D1的负极与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R4的一端电连接，电阻R4的另一端与通信芯片电连接。

通信芯片为CDMA-100芯片，SIMPWR为模块的启动端口，在无线网络通信模块通电后，主控制器为此端口提供一个200ms的持续低电平即可开机。SIMRST为模块的复位端口，主控制器给此端口一个200ms的低脉冲，会导致模块复位。U1_TXD、U1_RXD与主控制器进行通信，传输数据。通信模块在传输信号时，D1会进行闪烁(500ms亮、500ms灭)指示。SMA_RF为射频天线接口，无线网络通信的信号是通过此天线进行发射的。

作为优选，电平转换模块包括电平转换芯片U2、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15和电容C16；电容C12、电容C13、电容C14、电容C15和电容C16分别与电平转换芯片U2电连接，电平转换芯片U2与气象站仪表电连接。

主控制器的串口电平与气象站仪表端口输出电平不一致，需要电平转换模块进行端口的电平转换。其中，气象站仪表端口输出为RS232电平，主控制器端口输出为TTL电平，TTL的电平标准为输出L:<0.8V；H:>2.4V。输入L:<1.2V；H:>2.0V。RS232电平标准为：L电平为-3～-15V；H电平为+3V～+15V。RS232与TTL电平不匹配，需通过电平转换满足各自的端口电平进行通信。电容C12、C13作用是进行电平转换。电容C14、C15、C16作用为电源滤波。

作为优选，电源为蓄电池电源；主控制电路板和气象站仪表通过电缆电连接，主控制电路板通过RS232接口和电缆电连接。

本实用新型的气象数据实时监测装置主要用于荒岛、无人区等电力设施未铺设或铺设不便的地区，利用蓄电池为该装置供电获取当地区域的气象数据用于研究。蓄电池输出电压为直流12V。

因此，本实用新型具有如下有益效果：主要用于测量荒岛、无人区等电力设施未铺设或铺设不便的地区的气象数据进行研究；主控制器采用TI公司的超低功耗芯片MSP430，实现装置低功耗的工作状态；无线网络通信模块用于数据的实时的发送；主控制电路板控制气象站仪表自动采集气象数据，因此本实用新型具有自动化监测气象数据，提高地面监测资料的可靠性，消除人工监测误差的特点。

附图说明

图1是本实用新型的一种电连接示意图；

图2是本实用新型的主控制器模块的一种电路连接示意图；

图3是本实用新型的电源模块的一种电路连接示意图；

图4是本实用新型的无线网络通信模块的一种电路连接示意图；

图5是本实用新型的电平转换模块的一种电路连接示意图。

图中：气象站仪表1，主控制电路板2，天线3，电源4，电缆5，RS232接口6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种基于无线网络的气象数据监测装置，包括气象站仪表1，与气象站仪表电连接的主控制电路板2，与主控制电路板电连接的天线3和与主控制电路板电连接的电源4；主控制电路板包括电源模块、无线网络通信模块、电平转换模块和主控制器模块；电源模块、无线网络通信模块和电平转换模块分别与主控制器模块电连接。电源为蓄电池电源；主控制电路板和气象站仪表通过电缆5电连接，主控制电路板通过RS232接口6和电缆电连接。

如图2所示的主控制器模块包括控制器，外部晶振X1和复位电路；控制器为MSP430芯片，外部晶振X1的一端与MSP430芯片的XIN引脚电连接，外部晶振的另一端与MSP430芯片的XOUT引脚电连接；复位电路包括电阻R1和电容C1，电阻R1的一端与电源模块电连接，电阻R1的另一端分别与MSP430芯片的RST/NMI引脚和电容C1的正极电连接，电容C1的负极接地。主控制器模块还包括程序下载端口JTAG，电容C2,电容C3，电容C4，电容C5和电容C6；JTAG的TDO/TDI引脚、TDI/VPP引脚、TMS引脚和TCK引脚分别与MSP430芯片对应的TDO/TDI引脚、TDI/VPP引脚、TMS引脚和TCK引脚电连接；电容C2,电容C3，电容C4，电容C5和电容C6分别与控制器电连接。整个模块的供电由电源模块产生的3.3V直流电供电。MSP430F2617为TI公司生产的超低功耗核心控制器，其在供电电压为2.2V，工作频率1MHz的工作状态，电路电流的消耗仅为365uA。X1为32768Hz的外部晶振，为控制器提供时钟。JTAG-MSP为程序下载端口，PC机通过此端口向控制器下载装置运行程序。电路中的R1、C1组成控制器的复位电路并由RST/NMI端口控制是否复位。C2、C3、C4、C5、C6为输入电源的滤波电容。控制器中的U1_TXD、U1_RXD、SIMPWR、SIMRST四个端口与无线网络通信模块进行连接，控制信号的发射。U2_TXD、U2_RXD两个端口与电平转换模块连接，通过电平转换模块与气象站仪表进行通信，获取气象数据。

如图3所示的电源模块包括电压转换芯片ICP1、电压转换芯片ICP2、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容CP4、电容CP5和电容CP6；电容CP1和电容CP2的正极均与电压转换芯片ICP1的IN引脚电连接，电容CP1和电容CP2的负极均接地，电容CP3和电容CP4的正极均与电压转换芯片ICP1的OUT引脚电连接，电容CP3和电容CP4的负极均接地；电容CP5的正极与电压转换芯片ICP2的INPUT引脚电连接，电容CP5的负极接地，电容CP6的正极与电压转换芯片ICP2的OUTPUT引脚电连接，电容CP6的负极接地。12V_IN端口为电源输入接口，蓄电池通过此接口为MSP430主控制板和气象站仪表提供电源。LM1117-3.3和LM2940-5.0都为电压转换芯片，LM1117-3.3可以将4.75V～15V的电源转换为3.3V直流电源为主控制器模块和LED灯D1供电；LM2940-5.0最大输入电压可以达到26V，可以将大于5V的电压稳定在5V，为无线网络通信模块中的CDMA-100和电平转换模块中的MAX232EPE供电。电容CP1、CP3并联在电源两端的目的是去掉电源中的高频杂波，电容CP2、CP4、CP5、CP6并联在电源两端的目的是去掉电源中的低频波动，使输出电压更稳定。

如图4所示的无线网络通信模块包括通信芯片、指示灯显示电路和射频天线接口SMA_RF；射频天线接口SMA_RF与通信芯片电连接。指示灯显示电路包括发光二极管D1、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；发光二极管D1的正极与电源模块电连接，发光二极管D1的负极与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R4的一端电连接，电阻R4的另一端与通信芯片电连接。通信芯片为CDMA-100,SIMPWR为模块的启动端口，在无线网络通信模块通电后，主控制器为此端口提供一个200ms的持续低电平即可开机。SIMRST为无线网络通信模块的复位端口，主控制器给此端口一个200ms的低脉冲，会导致模块复位。U1_TXD、U1_RXD与主控制器进行通信，传输数据。通信模块在传输信号时，D1会进行闪烁(500ms亮、500ms灭)指示。SMA_RF为射频天线接口，无线网络通信的信号是通过此天线进行发射的

如图5所示的电平转换模块包括电平转换芯片U2、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15和电容C16；电容C12、电容C13、电容C14、电容C15和电容C16分别与电平转换芯片U2电连接，电平转换芯片U2与气象站仪表电连接。电平转换芯片为MAX232EPE，气象站仪表端口输出为RS232电平，主控制器端口输出为TTL电平，TTL的电平标准为输出L:<0.8V；H:>2.4V。输入L:<1.2V；H:>2.0V。RS232电平标准为：L电平为-3～-15V；H电平为+3V～+15V。RS232与TTL电平不匹配，需通过电平转换满足各自的端口电平进行通信。气象站仪表接口通过电缆连接气象站仪表。电容C12、C13作用是进行电平转换。电容C14、C15、C16作用为电源滤波。

本实用新型的工作过程如下：

在荒岛、无人区等电力设施未铺设或铺设不便的地区，安装此装置，将气象站仪表通过电缆、RS232接口连接主控制电路板，主控制电路板上的主控制器模块对气象站仪表的数据进行采集，控制器中的U1_TXD、U1_RXD、SIMPWR、SIMRST四个端口与无线网络通信模块进行连接，控制信号的发射。U2_TXD、U2_RXD两个端口与电平转换模块连接，通过电平转换模块与气象站仪表进行通信，获取气象数据。电源采用12V蓄电池电源。

应理解，本实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。